05.02 倍壓整流——二極管與電容的完美合作

  • 說到整流,必定會提到

    倍壓整流技術,一個固定的電壓居然何以升高到2倍、3倍.....n倍?這其實是二極管與電容完美配合的結果。今天給大家詳細介紹該項技術的來龍去脈,並能在今後的電路中靈活應用。

  • 學習前必須先弄清楚幾個概念,否則無法進行深入研究。

  1. 正弦交流電的關鍵特點是大小、方向做週期性變化,它有一個正的最大值+Em和負的最小值-Em;

  2. 二極管具有單向導電性;

  • 電容具有儲存電荷之功能,儲存時叫充電,釋放電能時叫放電,這個過程的時間長度與充電時間常數RC有關。

    好了,有了上面的基礎就可以進一步瞭解倍壓整流的含義了。如下圖所示,T為變壓器,次級輸出交流電u=Emsinωt,幅值為Em。

    一、一倍壓、二倍壓整流原理:當交流電次級為第一個週期的正半周時,如圖一,次級繞組下正上負,二極管VD1導通,對C1充電,C1兩端的充電電壓為左負右正,充電電流方向如箭頭所示。C1充電電壓的最大值為Em,這就是一倍壓整流。當次級繞組交流電為第一個週期的負半周時,如圖二,次級繞組上正下負,與電容C1極性一致,相當於兩個電源(繞組上與電容)串聯,最大電壓為2Em,此時二極管VD2導通,VD1截止,串聯電源對電容C2進行充電,C2兩端充電電壓最大值為2Em。這就是二倍壓整流,在C2上得到了比原來電壓大一倍的電壓。

倍壓整流——二極管與電容的完美合作

圖一 第一個週期的正半周

倍壓整流——二極管與電容的完美合作

圖二 第一個週期的負半周

  • 二、三倍壓、四倍壓整流原理,在第二個週期的正半周,如圖三,次級繞組下正上負,與電容C1、C2相串聯,繞組電壓與電容C2極性一致,與C1極性相反,故串聯電壓為Em+2Em-Em=2Em,對電容C3充電,充電電壓為2Em。這時C1、C3上的電壓相當於串聯,兩端的總電壓為Em+2Em=3Em,這就是三倍壓整流。在第二個週期的負半周,如圖四,次級繞組上正下負,與電容C1、C2、C3相串聯,與上面類似,串聯電壓為Em+3Em-2Em=2Em,對電容C4充電,充電後最大電壓為2Em,同上,C2、C4兩端的電壓為4Em,這就是4倍壓整流;

倍壓整流——二極管與電容的完美合作

圖三 第二個週期的正半周

倍壓整流——二極管與電容的完美合作

圖四 第二個週期的負半周

  • 三、奇數倍壓,偶數倍壓整流原理,由以上一倍壓、二倍壓、三倍壓、四倍壓原理分析可知,上臂的C3、C5、C7..奇數電容上的電壓均是2Em,與電容C1上的電壓單個或多個電容相加後,將是奇數倍次級電壓最大值,如3Em、5Em;而下面的電容C2、C4、C6上的電壓均是2Em,單個或多個電容串聯後的電壓分別為2Em、4Em、6Em....,均是偶數倍電壓最大值。這樣就得到了不同的電壓。這就是倍壓整流的原理。

  • 需要指出的是以上分析的過程中只提到了其充電到最大值,我們知道交流電是正弦變化的,達到最大值後要下降,這裡面次級電壓下降的時候,被二極管反向隔離,電容不能跟隨下降,但可以往下一級放電,經過幾個週期,電壓完全可以達到上述值,這個時間是非常快的,我們是為了分析的簡便,否則過於複雜將會無從下手,並且實際結果就是這種情況。

  • 從上面的分析得出這種電路的特點,其一,次級繞組一端必須和電容串聯;其二,一臂的電容是串聯關係,如C1、C3、C5等;第三,二極管是串聯關係,如圖n個三角形來回並著,這樣就保證了充電、放電一次順序進行;第四,輸出電壓取至上臂或下臂的某幾個電容兩端。第五,二極管最大反向電壓2Em,電容最大電壓也是2Em,可以依次選擇元件。第六,這種電路適用於負載較小,因其內阻較大,如果負載較小,電壓下降很快。

  • 電路應用例子。均是為了提高電壓。

倍壓整流——二極管與電容的完美合作

來複再生式收音機的倍壓檢波

倍壓整流——二極管與電容的完美合作

電蚊拍的倍壓整流電路


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